(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、
外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の複列の内側転走面が形成された内方部材と、
前記外方部材と内方部材の間に配置された保持器と、
この内方部材と前記外方部材の両転走面間に前記保持器を介して転動自在に収容された複列の円すいころとを備えた車輪用軸受装置において、
前記複列の保持器のそれぞれの外径が異なり、一方の保持器の少なくとも小径側の外径が他方の保持器の小径側の内径よりも小径に形成され、前記一方の保持器の小径側が前記他方の保持器の小径側に一部内挿されていることを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項２】
前記複列の円すいころの各列のピッチ円直径に対して、前記複列の保持器のうち一方の保持器の外径が小径に形成され、他方の保持器の外径が大径に形成されている請求項１に記載の車輪用軸受装置。
【請求項３】
前記複列の保持器のうち一方の保持器が内抱き型で構成され、当該保持器の内径が前記内側転走面に径方向すきまを介して対峙していると共に、他方の保持器が外抱き型で構成され、当該保持器の外径が前記外側転走面に径方向すきまを介して対峙している請求項１または２に記載の車輪用軸受装置。
【請求項４】
前記複列の円すいころ軸受の少なくとも一方の軸受列において、前記円すいころの大端面に当接して当該円すいころを案内する大鍔が前記内方部材側に形成されておらず、前記外方部材における外側転走面の大径側に一体に形成されている請求項１乃至３いずれかに記載の車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車輪を回転自在に支承する複列の円すいころ軸受からなる車輪用軸受装置、特に、軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車等の車輪を支持する車輪用軸受装置は、車輪を取り付けるためのハブ輪を複列の転がり軸受を介して回転自在に支承するもので、駆動輪用と従動輪用とがある。構造上の理由から、駆動輪用では内輪回転方式が、従動輪用では内輪回転と外輪回転の両方式が一般的に採用されている。この車輪用軸受装置には、懸架装置を構成するナックルとハブ輪との間に複列アンギュラ玉軸受等からなる車輪用軸受を嵌合させた第１世代と称される構造から、外方部材の外周に直接車体取付フランジまたは車輪取付フランジが形成された第２世代構造、また、ハブ輪の外周に一方の内側転走面が直接形成された第３世代構造、あるいは、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材の外周にそれぞれ内側転走面が直接形成された第４世代構造とに大別されている。
【０００３】
オフロードカーやトラック等、車体重量が嵩む車両においては、近年、車両の馬力や積載能力が大きくなり、これに伴って、車輪用軸受装置も高荷重・高速走行時での温度上昇に耐えられることが要求されている。さらに、長期間メンテナンスフリーであることへの要求も高まりつつある。こうした車両における車輪用軸受装置の軸受部には、負荷容量が大きく、ラジアル荷重とスラスト荷重、およびこれらの合成荷重を負荷するのに適した円すいころ軸受が一般的に用いられている。
【０００４】
こうした円すいころ軸受の一例を図５（ａ）に示す。この円すいころ軸受５０は、外輪５１と、内輪５２と、外輪５１と内輪５２との間に転動自在に配置された円すいころ５３と、円すいころ５３を保持する保持器５４とを備えている。外輪５１は、内周にテーパ状の外側転走面５１ａが形成されている。また、内輪５２は、外周に前記外側転走面５１ａに対向するテーパ状の内側転走面５２ａが形成されている。この内側転走面５２ａの大径側には円すいころ５３の大径端部に当接して円すいころ５３を案内する大鍔５２ｂと、小径側には円すいころ５３の脱落を防止する小鍔５２ｃが一体に形成されている。
【０００５】
保持器５４は、小径側環状部５４ａと、大径側環状部５４ｂと、これら小径側環状部５４ａと大径側環状部５４ｂとを軸方向に繋ぐ複数の柱部５４ｃと、円周方向に隣接するこれら柱部５４ｃ間に設けられ、円すいころ５３を転動自在に収容する複数のポケット５４ｄとを備えている。
【０００６】
ここで、図５（ｂ）に示すように、柱部５４ｃの外径面には、外輪５１の外側転走面５１ａに向けて凸状をなす突起部５４ｆが一体に形成されている。この突起部５４ｆは、柱部５４ｃの横断方向の断面輪郭形状が円弧状をなし、この円弧状の曲率半径Ｒ２は外側転走面５１ａの曲率半径Ｒ１より小径に形成されている。これにより、突起部５４ｆと外側転走面５１ａとの間に良好な楔状油膜が形成され、保持器５４のＰＣＤ（ピッチ円直径）を大きくして外輪５１に近接させても、円すいころ軸受５０を大きな摩擦乃至トルク損失を生じることなく回転させることができ、無理なく円すいころ５３の本数を増加させることが可能となる。
【特許文献１】特開２００５−９８３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
然しながら、こうした円すいころ軸受５０を車輪用軸受装置に適用しようとしても、軸受の仕様やサイズの制限から、車両に必要とされる剛性は満足するも転動寿命が要求を満足できない場合がある。そこで、転動寿命を長くする手段として、例えば、円すいころ５３の長さを長くすることが考えられるが、これでは軸受幅が大きくなって軸受周辺部品の設計変更を伴うことになり好ましくない。
【０００８】
例えば、前述した円すいころ軸受５０を、図６（ａ）に示すような第１世代構造の車輪用軸受５５に適用する場合、外輪５６の複列の外側転走面５１ａ、５１ａと一対の内輪５２の内側転走面５２ａとの間に収容される複列の円すいころ５３、５３の長さを長くするには限界がある。すなわち、円すいころ５３の大径側を延長すれば内輪５２の大鍔５２ｂの強度不足を招き、小径側を延長すれば、（ｂ）に拡大して示すように、一対の保持器５４、５４が干渉しないための軸方向すきまｅを確保することができない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記外方部材と内方部材の間に配置された保持器と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に前記保持器を介して転動自在に収容された複列の円すいころとを備えた車輪用軸受装置において、前記複列の保持器のそれぞれの外径が異なり、一方の保持器の少なくとも小径側の外径が他方の保持器の小径側の内径よりも小径に形成され、前記一方の保持器の小径側が前記他方の保持器の小径側に一部内挿されている。
【００１１】
このように、複列の円すいころが保持器を介して転動自在に収容された背面合せタイプの複列の円すいころ軸受で構成された第１乃至第４世代構造の車輪用軸受装置において、複列の保持器のそれぞれの外径が異なり、一方の保持器の少なくとも小径側の外径が他方の保持器の小径側の内径よりも小径に形成され、一方の保持器の小径側が他方の保持器の小径側に一部内挿されているので、円すいころの小径側を延長させて長く設定しても保持器同士の干渉はなく、軸受幅を変更することなく軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明のように、前記複列の円すいころの各列のピッチ円直径に対して、前記複列の保持器のうち一方の保持器の外径が小径に形成され、他方の保持器の外径が大径に形成されていれば、保持器の柱部の強度を確保して多くの本数の円すいころを収容することができると共に、円すいころの小径側を延長させて長く設定することが可能となる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明のように、前記複列の保持器のうち一方の保持器が内抱き型で構成され、当該保持器の内径が前記内側転走面に径方向すきまを介して対峙していると共に、他方の保持器が外抱き型で構成され、当該保持器の外径が前記外側転走面に径方向すきまを介して対峙していれば、保持器の柱部の強度を確保して多くの本数の円すいころを収容することができ、軸受の転動寿命を増大させることができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明のように、前記複列の円すいころ軸受の少なくとも一方の軸受列において、前記円すいころの大端面に当接して当該円すいころを案内する大鍔が前記内方部材側に形成されておらず、前記外方部材における外側転走面の大径側に一体に形成されていれば、円すいころの仕様に拘わらず、保持器同士の干渉を回避して円すいころの長さを長くすることができ、設計自由度が拡大する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る車輪用軸受装置は、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面が一体に形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の複列の内側転走面が形成された内方部材と、前記外方部材と内方部材の間に配置された保持器と、この内方部材と前記外方部材の両転走面間に前記保持器を介して転動自在に収容された複列の円すいころとを備えた車輪用軸受装置において、前記複列の保持器のそれぞれの外径が異なり、一方の保持器の少なくとも小径側の外径が他方の保持器の小径側の内径よりも小径に形成され、前記一方の保持器の小径側が前記他方の保持器の小径側に一部内挿されているので、円すいころの小径側を延長させて長く設定しても保持器同士の干渉はなく、軸受幅を変更することなく軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
一端部に車輪を取り付けるための車輪取付フランジを一体に有し、この車輪取付フランジから軸方向に延びる小径段部が形成されたハブ輪、およびこのハブ輪の小径段部に所定のシメシロを介して圧入された車輪用軸受を備えた車輪用軸受装置であって、前記車輪用軸受が、外周に懸架装置に取り付けられるための車体取付フランジを一体に有し、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面が形成された外方部材と、外周に前記複列の外側転走面に対向するテーパ状の内側転走面が形成された一対の内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複列の円すいころとを備えた背面合せタイプの複列の円すいころ軸受で構成された車輪用軸受装置において、前記複列の円すいころ軸受のうちアウター側の軸受列が、前記円すいころの大端面に当接して当該円すいころを案内する大鍔が前記内輪に形成されておらず、前記外方部材における外側転走面の大径側に形成されていると共に、この軸受列の保持器が内抱き型で構成され、当該保持器の内径が前記内輪の内側転走面に僅かな径方向すきまを介して対峙していると共に、他方の保持器が外抱き型で構成され、当該保持器の外径が前記外側転走面に僅かな径方向すきまを介して対峙し、この保持器の小径側に前記アウター側の保持器の小径側が一部内挿されている。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ矢視断面図、図３は、図１の要部拡大図である。なお、以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図面左側）、中央寄り側をインナー側（図面右側）という。
【００１９】
この車輪用軸受装置は駆動輪側の第２世代構造をなし、ハブ輪１と、このハブ輪１に圧入された車輪用軸受２とからなる。ハブ輪１は、アウター側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ３を一体に有し、外周に肩部１ａを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部１ｂが形成されると共に、内周にトルク伝達用のセレーション（またはスプライン）１ｃが形成されている。また、車輪取付フランジ３の周方向等配位置にハブボルト３ａが植設されている。
【００２０】
ハブ輪１はＳ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼（ＪＩＳ規格のＳＣ系機械構造用炭素鋼）で形成され、車輪取付フランジ３の基部となる肩部１ａから小径段部１ｂに亙って高周波焼入れによって５０〜６４ＨＲＣの範囲に表面が硬化処理されている。なお、後述する加締部１０は鍛造後の表面硬さ２５ＨＲＣ以下の生のままとされている。これによりハブ輪１の強度が向上すると共に、車輪用軸受２の嵌合面におけるフレッティング摩耗が抑制されて耐久性が向上する。また、加締部１０の加工性を向上させ、塑性変形によるクラック等の発生を防止することができる。
【００２１】
車輪用軸受２は、外周にナックル（図示せず）に取り付けられるための車体取付フランジ４ｃを一体に有し、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面４ａ、４ｂが形成された外方部材４と、外周に複列の外側転走面４ａ、４ｂに対向するテーパ状の内側転走面５ａ、６ａが形成された内輪５、６と、両転走面間に保持器７、８を介して転動自在に収容された複列の円すいころ９、９とを備えている。そして、内輪５、６の小径側の端面（正面側端面）が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円すいころ軸受を構成している。
【００２２】
外方部材４、内輪５、６および円すいころ９はＳＵＪ２等の高炭素クロム鋼で形成され、ズブ焼入れによって芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲に硬化処理されている。なお、外方部材４は高炭素クロム鋼に限らず、ハブ輪１と同様、Ｓ５３Ｃ等の炭素０．４０〜０．８０ｗｔ％を含む中炭素鋼で形成し、少なくとも複列の外側転走面４ａ、４ｂを高周波焼入れによって５８〜６４ＨＲＣの範囲に表面を硬化処理しても良い。
【００２３】
車輪用軸受２は、ハブ輪１の肩部１ａにアウター側の内輪５が衝合した状態で小径段部１ｂに所定のシメシロを介して圧入されている。そして、小径段部１ｂの端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締部１０によって所定の軸受予圧が付与された状態で固定されている。これにより、軽量・コンパクト化を図ると共に、従来のように、ナットの締付トルク等を調整して予圧を管理することなく、長期間に亘って安定した予圧を維持できるセルフリテイン構造を提供することができる。
【００２４】
また、外方部材４と内輪５、６との間に形成される環状空間の開口部にはシール１１、１２が装着されている。これらシール１１、１２は、断面が略Ｌ字状に形成されて互いに対向配置された環状のシール板とスリンガとからなる、所謂パックシールを構成している。これらシール１１、１２により、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から雨水やダスト等が軸受内部に侵入するのを防止している。
【００２５】
ここで、本実施形態では、インナー側の軸受列において、内輪６の内側転走面６ａの大径側に大鍔６ｂが形成され、円すいころ９の大端面に当接してこの円すいころ９を案内している。一方、アウター側の軸受列において、内輪５の内側転走面５ａの大径側には円すいころ９を案内する大鍔が形成されておらず、外方部材４の外側転走面４ａの大径側に大鍔４ｄが一体に形成されている。これにより、円すいころ９の仕様に拘わらず、後述する保持器７、８同士の干渉を回避して、円すいころ９の長さを長くすることができ、設計自由度が拡大する。
【００２６】
保持器７、８は、ＰＡ（ポリアミド樹脂）４６をベースとし、ＣＦ（カーボンファイバー）やＧＦ（グラスファイバー）等の強化材を含有した熱可塑性の合成樹脂から射出成形によって形成されている。そして、アウター側の保持器７は内抱き型の保持器で構成され、インナー側の保持器８は外抱き型の保持器で構成されている。すなわち、図２（ａ）に拡大して示すように、アウター側の保持器７は、円すいころ９のＰＣＤ（ピッチ円直径）よりも内径側で円すいころ９を保持し、保持器７の内径が僅かな径方向すきまを介して内側転走面５ａに対峙するように構成されている。一方、インナー側の保持器８は、図２（ｂ）に拡大して示すように、円すいころ９のＰＣＤよりも外径側で円すいころ９を保持し、保持器８の外径が僅かな径方向すきまを介して外側転走面４ｂに対峙するように構成されている。これにより、保持器７、８の柱部７ａ、８ａの強度を確保して可及的に多くの本数の円すいころ９を収容することができ、軸受の転動寿命を増大させることができる。
【００２７】
さらに、本実施形態では、図３に示すように、アウター側の保持器７の小径側がインナー側の保持器８の小径側に一部内挿されているので、保持器７、８同士の干渉を考慮することなく、円すいころ９、９の小径側を延長させて長く設定することができ、軸受幅を変更することなく軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図った車輪用軸受装置を提供することができる。
【００２８】
また、ここでは、保持器７、８として射出成形によって形成された合成樹脂製を例示したが、本発明の車輪用軸受装置はこれに限定されることなく、例えば、揉み抜き保持器やプレス加工された鋼板製の保持器であっても良い。なお、保持器７、８を射出成形によって形成された合成樹脂製とすれば低コスト化を図ることができると共に、鋼板プレス製の保持器に比べ重量が軽く摩擦係数が小さくなるため、起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。
【実施例２】
【００２９】
図４は、本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。なお、前述した実施形態と同一部品同一部位、あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３０】
この車輪用軸受装置は第１世代構造をなし、図示しない車軸あるいはハブ輪に装着されて車輪を回転自在に支承する。この車輪用軸受装置を構成する車輪用軸受１３は複列の円すいころ軸受で構成され、内周にそれぞれ外向きに開いたテーパ状の複列の外側転走面１４ａ、１４ａが形成された外方部材１４と、外周に複列の外側転走面１４ａ、１４ａに対向するテーパ状の内側転走面１５ａが形成された一対の内輪１５、１５と、両転走面間に保持器１６、８を介して転動自在に収容された複列の円すいころ９、９とを備えている。そして、内輪１５、１５の小径側の端面が突き合された状態でセットされた背面合せタイプの複列の円すいころ軸受を構成している。また、外方部材１４と内輪１５、１５との間に形成された環状空間の開口部にはシールド板１７とシール１２がそれぞれ装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。
【００３１】
内輪１５の内側転走面１５ａの大径側には大鍔１５ｂが一体に形成され、円すいころ９の大端面に当接してこの円すいころ９を案内している。また、一対の内輪１５、１５の突合せ部となる小径側の端部内周には環状溝１８がそれぞれ形成され、これら環状溝１８、１８に断面略コの字形の連結環１９が装着されている。この連結環１９は、鋼鈑をプレス加工によって成形され表面が硬化処理されている。鋼板としては、ＳＫ５等の炭素工具鋼板、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼板、あるいはＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼板等を例示することができる。そして、この連結環１９を弾性変形させて環状溝１８に装着することにより、一対の内輪１５、１５はガタなく強固に軸方向に連結され、車輪用軸受１３の分解・組立の作業性を簡便化することができる。また、補修時等、車軸等に圧入固定された一対の内輪１５、１５を一体的に抜くことができるため、インナー側の内輪１５のみが車軸に残るような不具合が発生することはない。
【００３２】
ここで、本実施形態では、アウター側の保持器１６はインナー側の保持器８と同様、円すいころ９のＰＣＤよりもその外径が大径に形成された外抱き型で構成されている。ただし、アウター側の保持器１６はインナー側の保持器８よりも小径に形成されている。このように、外抱き型、内抱き型の形式に拘わらず、複列の円すいころ９、９を保持する各保持器１６、８の外径が異なり、一方の保持器１６の少なくとも小径側の外径が他方の保持器８の小径側の内径よりも小径に形成されていれば、前述した実施形態と同様、アウター側の保持器１６をインナー側の保持器８に一部内挿することができ、円すいころ９、９の小径側を延長させて長く設定しても保持器１６、８同士の干渉はなく、軸受幅を変更することなく軽量・コンパクト化を図ると共に、負荷容量を増大させて長寿命化を図ることができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る車輪用軸受装置は、内輪回転、外輪回転タイプに拘わらず、背面合せタイプの複列の円すいころ軸受からなり、車体に対して車輪を回転自在に支承する第１乃至第４世代構造の車輪用軸受装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る車輪用軸受装置の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。  （ｂ）は、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】本発明に係る車輪用軸受装置の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】（ａ）は、従来の円すいころ軸受を示す縦断面図である。  （ｂ）は、（ａ）の部分断面図である。
【図６】（ａ）は、図５の円すいころ軸受を適用した車輪用軸受装置を示す縦断面図である。  （ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・・・・・・・・・・・ハブ輪
１ａ・・・・・・・・・・・・肩部
１ｂ・・・・・・・・・・・・小径段部
１ｃ・・・・・・・・・・・・セレーション
２、１３・・・・・・・・・・車輪用軸受
３・・・・・・・・・・・・・車輪取付フランジ
３ａ・・・・・・・・・・・・ハブボルト
４、１４・・・・・・・・・・外方部材
４ａ、４ｂ、１４ａ・・・・・外側転走面
４ｃ・・・・・・・・・・・・車体取付フランジ
４ｄ、６ｂ、１５ｂ・・・・・大鍔
５、６、１５・・・・・・・・内輪
５ａ、６ａ、１５ａ・・・・・内側転走面
７、８、１６・・・・・・・・保持器
７ａ、８ａ・・・・・・・・・柱部
９・・・・・・・・・・・・・円すいころ
１０・・・・・・・・・・・・加締部
１１、１２・・・・・・・・・シール
１７・・・・・・・・・・・・シールド板
１８・・・・・・・・・・・・環状溝
１９・・・・・・・・・・・・連結環
５０・・・・・・・・・・・・円すいころ軸受
５１、５６・・・・・・・・・外輪
５１ａ・・・・・・・・・・・外側転走面
５２・・・・・・・・・・・・内輪
５２ａ・・・・・・・・・・・内側転走面
５２ｂ・・・・・・・・・・・大鍔
５２ｃ・・・・・・・・・・・小鍔
５３・・・・・・・・・・・・円すいころ
５４・・・・・・・・・・・・保持器
５４ａ・・・・・・・・・・・小径側環状部
５４ｂ・・・・・・・・・・・大径環状部
５４ｃ・・・・・・・・・・・柱部
５４ｄ・・・・・・・・・・・ポケット
５４ｆ・・・・・・・・・・・突起部
５５・・・・・・・・・・・・車輪用軸受
ｅ・・・・・・・・・・・・・軸方向すきま
Ｒ１・・・・・・・・・・・・外側転走面の曲率半径
Ｒ２・・・・・・・・・・・・保持器の円弧状の曲率半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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